适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统的制作方法

1.本实用新型涉及航空发动机及燃气轮机试验技术领域，特别涉及一种适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统。


背景技术：

2.随着高性能航空发动机研制的不断推进，发动机整机及燃烧室排气温度越来越高，对温度场的测量提出了很大挑战，燃气分析法已成为大状态温度场测量的主要手段。
3.同时，随着对环境保护的日益重视，也使得各国对航空发动机污染物的管控日益严格，燃气分析法是分析污染物排放情况的最有效手段。燃气分析法是通过取样装置把燃气引入测量仪器进行成分分析，再利用燃气成分数据计算燃烧效率、油气比、燃烧温度以及污染物排放等参数的一种测量方法，常用于发动机整机及燃烧室的排放测试。
4.当前，考虑到极端情况，取样耙及旋转移位机构出口压力认为可达4.7mpa(绝对压力)，设计温度可达400℃，对高温、高压燃气取样测试时，采取何种降温(或保温)及降压措施，以保证测试满足行标或适航规章要求，对燃烧室的性能改进至关重要。
5.目前国内已有一些较为成熟的燃气分析方案，但均难以适用于高温高压燃烧室试验器的排放测试。因此，亟待提出一种适用更高温度、更高压力取样条件的燃气分析控温控压方案。
6.有鉴于此，本技术发明人提出了一种适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统，以实现大状态下的燃气分析测量，其同样适用于其他小流量下样气取样测试研究。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中燃气分析难以适用于高温高压燃烧室试验器的排放测试的缺陷，提供一种适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统。
8.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
9.一种适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统，其特点在于，所述燃气分析控温控压系统包括燃气分析系统、多个燃烧室取样接头、取样耙、旋转移位机构和加温冷却水系统，所述取样耙、所述旋转移位机构与所述燃气分析系统通过两侧所述燃烧室取样接头连接，传输待测燃气进入所述燃气分析系统；
10.所述取样耙和所述旋转移位机构用于在燃烧室试验件出口取样，所述加温冷却水系统与所述旋转移位机构相互连通，用于为所述旋转移位机构供应加温冷却水。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述燃气分析系统包括阀门控制加温箱、控温调节系统、冒烟分析柜、多个气态分析柜和排气总管，所述冒烟分析柜、所述气态分析柜和所述控温调节系统分别连接在所述阀门控制加温箱与所述排气总管之间，使得所述阀门控制加温箱的出口样气分别通过对应的所述冒烟分析柜、所述气态分析柜和所述控温调节系统内，再进入所述排气总管。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述燃烧室取样接头包括单头部燃烧室取样接头和全环或扇形燃烧室取样接头。
13.根据本实用新型的一个实施例，所述阀门控制加温箱包括气体混合器、多个相互并联的第一连接通路和第二连接通路，所述第一连接通路的一端部与所述气体混合器，以及对应的所述燃烧室取样接头连接，另一端部与对应的所述气态分析柜，以及所述控温调节系统连接；
14.所述第二连接通路的一端部与所述气体混合器连接，另一端部与所述冒烟分析柜连接，每一所述第一连接通路中安装有一级减压阀。
15.根据本实用新型的一个实施例，所述第二连接通路和其中一个相邻的所述第一连接通路之间安装有一个所述一级减压阀。
16.根据本实用新型的一个实施例，所述第一连接通路和所述燃烧室取样接头之间通过电伴热保温管连接，所述第一连接通路和所述气态分析柜之间通过电伴热保温管连接。
17.根据本实用新型的一个实施例，每一所述气态分析柜包括相互串联的分析加温箱和分析常温箱，所述阀门控制加温箱的出口样气连通至所述分析加温箱，所述分析加温箱和所述分析常温箱内的出口样气分别连通至所述排气总管。
18.根据本实用新型的一个实施例，所述分析加温箱包括相互并联的二级减压阀和第一采样泵，所述分析常温箱内包括多个相互并联的气态分析仪和多个相互并联的三级减压阀，所述气态分析仪和所述三级减压阀相互一一对应的串联。
19.根据本实用新型的一个实施例，所述阀门控制加温箱的出口样气和所述分析加温箱之间通过电伴热保温管连接，所述分析加温箱和至少部分所述三级减压阀之间通过电伴热保温管连接。
20.根据本实用新型的一个实施例，所述冒烟分析柜包括相互连接的加温箱和第二采样泵，所述阀门控制加温箱的出口样气进入所述加温箱，经由所述第二采样泵进入所述排气总管。
21.根据本实用新型的一个实施例，所述加温箱内设置有冒烟测量装置，所述阀门控制加温箱的出口样气和所述加温箱之间通过电伴热保温管连接。
22.根据本实用新型的一个实施例，所述冒烟分析柜还包括过滤器和针阀，所述过滤器与所述冒烟测量装置并联，所述针阀并联在所述第二采样泵的两端。
23.本实用新型的积极进步效果在于：
24.本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统，有助于实现从常温、常压到高温、高压宽取样范围下的燃气分析测试，从而有效推进航空发动机整机、核心机及燃烧室的研制。本技术所述燃气分析控温控压系统可以满足适航法规的要求，可为民用航空发动机适航取证提供参考。
附图说明
25.本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
26.图1为本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统的示意图。
27.图2为本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统中阀门控制加温
箱的示意图。
28.图3为图2中a部分的放大图。
29.图4为本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统中气态分析柜的示意图。
30.图5为本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统中冒烟分析柜的示意图。
31.【附图标记】
32.燃气分析系统
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100
33.燃烧室取样接头
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200
34.取样耙
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300
35.旋转移位机构
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400
36.加温冷却水系统
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500
37.阀门控制加温箱
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110
38.控温调节系统
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120
39.冒烟分析柜
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130
40.气态分析柜
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140
41.排气总管
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150
42.气体混合器
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111
43.第一连接通路
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112
44.第二连接通路
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113
45.一级减压阀
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114
46.电伴热保温管
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600
47.加温箱
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115、131
48.冒烟减压装置
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116
49.分析加温箱
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141
50.分析常温箱
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142
51.二级减压阀
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143
52.第一采样泵
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144
53.气态分析仪
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145
54.三级减压阀
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146
55.第二采样泵
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132
56.冒烟测量装置
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133
57.过滤器
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134
58.针阀
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135
具体实施方式
59.为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
60.现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优
选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
61.此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
62.此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。
63.如图1至图5所示，本实用新型公开了一种适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统，其包括燃气分析系统100、多个燃烧室取样接头200、取样耙300、旋转移位机构400和加温冷却水系统500。其中，取样耙300、旋转移位机构400与燃气分析系统100通过两侧燃烧室取样接头200连接，传输待测燃气进入燃气分析系统100。取样耙300和旋转移位机构400用于在燃烧室试验件出口取样，加温冷却水系统500与旋转移位机构400相互连通，用于为旋转移位机构400供应加温冷却水。
64.优选地，燃气分析系统100包括阀门控制加温箱110、控温调节系统120、冒烟分析柜130、多个气态分析柜140和排气总管150。其中，冒烟分析柜130、气态分析柜140和控温调节系统120分别连接在阀门控制加温箱110与排气总管150之间，使得阀门控制加温箱110的出口样气分别通过对应的冒烟分析柜130、气态分析柜140和控温调节系统120内，再进入排气总管150。
65.优选地，燃烧室取样接头200可以包括单头部燃烧室取样接头和全环或扇形燃烧室取样接头。
66.其中，取样耙300及旋转移位机构400用于在燃烧室试验件出口取样。加温冷却水系统500用于为旋转移位机构400供应加温冷却水，以保证小状态下的燃气满足燃气分析测试要求。燃烧室取样接头200与取样耙300或旋转移位机构400相连，用于传输测试所需燃气(以下统称样气)进入燃气分析系统100。
67.燃气分析系统100用于对样气进行成分分析，计算燃烧效率等性能参数。阀门控制加温箱110用于管路切换以适应不同的试验，同时还具备样气减压功能，该箱体具有加温功能，以控制管路中样气温度。
68.如图2所示，阀门控制加温箱110包括气体混合器111、多个相互并联的第一连接通路112和第二连接通路113，第一连接通路112的一端部与气体混合器111，以及对应的燃烧室取样接头200连接，另一端部与对应的气态分析柜140，以及控温调节系统120连接。第二连接通路113的一端部与气体混合器111连接，另一端部与冒烟分析柜130连接，每一第一连接通路112中安装有一级减压阀114。其中，第二连接通路113和其中一个相邻的第一连接通路112之间安装有一个一级减压阀114。
69.其中，图2中所示阀门控制加温箱110的控制管路中样气温度优选为160
±
15℃。
70.特别地，如图3所示，第一连接通路112和燃烧室取样接头200之间通过电伴热保温管600连接，第一连接通路112和气态分析柜140之间通过电伴热保温管600连接。此处电伴热保温管600的温度约在160℃左右。第二连接通路113中连接至冒烟分析柜130之前还安装有一加温箱115，加温箱115内包括冒烟减压装置116。
71.如图4所示，每一气态分析柜140包括相互串联的分析加温箱141和分析常温箱
142。阀门控制加温箱110的出口样气连通至分析加温箱141，分析加温箱141和分析常温箱142内的出口样气分别连通至排气总管150。
72.优选地，分析加温箱141包括相互并联的二级减压阀143和第一采样泵144。分析常温箱142内包括多个相互并联的气态分析仪145和多个相互并联的三级减压阀146，气态分析仪145和三级减压阀146相互一一对应的串联。
73.阀门控制加温箱110的出口样气和分析加温箱141之间通过电伴热保温管600连接，分析加温箱141和三级减压阀146之间可以有选择地通过电伴热保温管600连接。
74.其中，图4中分析常温箱142，按行标或适航规章及设备要求控制管路温度。分析加温箱141内控制管路中样气温度优选为160
±
15℃。
75.如图5所示，冒烟分析柜130包括相互连接的加温箱131和第二采样泵132，阀门控制加温箱110的出口样气进入加温箱131，经由第二采样泵132进入排气总管150。其中，加温箱131内控制管路中样气温度优选为(60-175)
±
15℃。
76.优选地，在加温箱131内设置有冒烟测量装置133，阀门控制加温箱110的出口样气通过加温箱115中冒烟减压装置116之后，通过电伴热保温管600连接至加温箱131。
77.冒烟分析柜130还包括过滤器134和针阀135，将过滤器134与冒烟测量装置133并联，针阀135并联在第二采样泵132的两端。
78.其中，冒烟分析柜130及气态分析柜140分别用于分析样气中的冒烟及气态成分。排气总管150用于将废气排至外界大气。气体分析仪145用于测量样气成分。
79.冒烟测量装置133用于测量冒烟值。加温冷却水系统500、控温调节系统120、加温箱(包括阀门控制加温箱110、分析加温箱141、加温箱115、加温箱131)、电伴热保温管600用于控制样气温度，以满足行标或适航规章的要求。一级减压阀114、二级减压阀143、三级减压阀146及第一采样泵144用于控制气态排放测量的样气压力，以满足后端测试仪器的要求。冒烟减压装置116用于控制冒烟测量的样气压力，以满足后端颗粒物测量的要求。
80.根据上述结构描述，本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统的工作原理如下：
81.燃烧室试验件出口的燃气进入取样耙300或旋转移位机构400，设置加温冷却水系统500以控制旋转移位机构400内燃气温度，确保小状态下的燃气温度能够满足后端测试设备的要求。随后，燃气经由燃烧室取样接头200进入燃气分析系统100，开展燃气分析测量。
82.为确保样气温度满足行标或适航规章要求，配置加温冷却水系统500，并配置控温调节系统120，通过调整排气量，调节取样耙出口温度，防止取样耙出口温度过低。配置多根电伴热保温管600及加温箱(包括阀门控制加温箱110、分析加温箱141、加温箱115、加温箱131)，按行标或适航规章要求设置温度值，控制样气温度在所需范围。通过程序合理调控加温冷却水系统500、控温调节系统120、加温箱(包括阀门控制加温箱110、分析加温箱141、加温箱115、加温箱131)、电伴热保温管600，保证样气温度。
83.为确保样气压力满足后端测试设备要求，采用减压和泵切换的方案，实现宽取样压力(常压至高压)下样气测量。常压时自动启动第一采样泵144。高压时，设置了三级减压，一级减压阀114设置在阀门控制加温箱110，二级减压阀143设置在气态分析柜140，三级减压阀146设置在进入气体分析仪145前。为确保样气压力满足后端颗粒物测量的要求，通过特定的冒烟减压装置116，采用节流加放空的减压方式，保证样气直线流动，并确保减压过
程中无颗粒物沉积，实现冒烟测量。
84.本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统，能适用于高温高压燃烧室试验器的排放物测试。其通过加温冷却水系统、控温调节系统、电伴热保温等方式实现温度调节及控制，以满足行标或适航规章的要求。为了实现宽取样压力(常压至高压)下气态排放测量，采用减压和泵切换的方案，并通过多级减压进行压力调节及控制，以满足后端分析仪器的要求。对于颗粒物测量，采用节流加放空的减压方式，且保证管路平直、避免颗粒物沉积，确保减压装置出口压力满足后端颗粒物测量的要求。
85.综上所述，本实用新型适用于高温高压取样的燃气分析控温控压系统，有助于实现从常温、常压到高温、高压宽取样范围下的燃气分析测试，从而有效推进航空发动机整机、核心机及燃烧室的研制。本技术所述燃气分析控温控压系统可以满足适航法规的要求，可为民用航空发动机适航取证提供参考。
86.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。